JP4044931B2 - フレネルレンズシート、透過型スクリーン及び背面透過型表示装置 - Google Patents
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Description
従来、この種のフレネルレンズシート71として、図16に示すように、屈折面73と全反射面74を有する複数のプリズム72を入光面側に備えた構造のものが知られている(例えば、日本国特開昭61−208041号公報(第2〜第5頁、第8図)。図17A,図17Bに、図16におけるA及びB部の部分拡大図を示す。図17A,図17Bに示すように、このフレネルレンズシート71においては、背面側に配置した投影装置Mから急角度に入射される光Xが、屈折面73で屈折を伴って透過した後、全反射面74で全反射してシート面に垂直な方向に出光する。
このフレネルレンズシート71においては、上述のとおり投影装置Mから急角度で光Xを入射するので、投影装置Mに近いプリズムP1に入射する光X1の入射角θBに比べて、投影装置Mから遠いプリズムP2に入射する光X2の入射角θAは大きくなる。したがって、すべてのプリズム72において、入射光Xをシート面に垂直な方向に反射させるためには、全反射面74とシート面とのなす角βを投影装置Mに近いプリズムから遠いプリズムに掛けて徐々に小さくなるように設定する必要がある。一方、屈折面73とシート面とのなす角δは、逆に、投影装置Mに近いプリズムから遠いプリズムに掛けて徐々に大きくなる。
このように形成したフレネルレンズシート71を用いて透過型スクリーンを構成し、この透過型スクリーンを背面透過型表示装置に用いることにより、投影装置Mからの光を急角度で投射することができ、その結果、背面透過型表示装置を薄型化することが可能となる。
しかしながら、この従来のフレネルレンズシート71においては、1)フレネルレンズシートの製造上の問題、及び2)いわゆる迷光による2重像の問題が生じる。
1)製造上の問題
フレネルレンズシート71は、紫外線/放射線硬化型樹脂法、又は熱プレス法で成形されるのが一般である。紫外線/放射線硬化型樹脂法は、フレネルレンズを形成する金型に紫外線/放射線硬化型樹脂を充填し、この樹脂を紫外線/放射線を照射して硬化させた後に金型から取り外してフレネルレンズシート71を成形する方法である。また、熱プレス法は、フレネルレンズを形成する金型に加熱した樹脂を充填し、プレスした後に金型から取り外してフレネルレンズシートを成形する方法である。
これらの成形方法に用いる金型は、金型用材料(例えば、アルミニウム、黄銅、銅、鋼など)をバイトなどで切削して製作される。このとき、上述したように、屈折面73及び全反射面74がシート面となす角が各プリズム間で異なるため、金型の切削は非常に煩雑なものになる。
また、成形後の樹脂を金型から取り外す必要があるが、プリズム72の角度によっては金型からの取り外しが困難となることがある。つまり、屈折面73とシート面とのなす角が90°を超えてしまう場合には、プリズム72が一種のくさび的役割を果たして金型からの取り外しを困難にする。そして、樹脂を金型から取り外せたとしても、傷をつけてしまう恐れがある。
2)迷光による2重像の問題
また、上述のフレネルレンズシート71においては、図17Bおよび図18に示すように、投影装置(図示せず)からの入射光の一部が、屈折面73で屈折された後に全反射面74に到達することなく出光面に到達して該出光面で反射され、さらに屈折面73及び全反射面74で屈折又は反射された後に出光面より出光することがある。このいわゆる迷光Yが生じると、この迷光Yによる映像と正規の映像が重なってしまう2重像の問題が生じてしまう。特に、この迷光による2重像の問題は、フレネルレンズシート71への入射角度θが小さい、投影装置に近いプリズム72において顕著となる。
上記目的を達成するために、本発明は、入光面と出光面とを有し、光源から投射される光を入光面から入光させ出光面から出光させる全反射型のフレネルレンズシートにおいて、入光面に設けられ、屈折面と全反射面を有する複数のプリズムを備え、光源からの光を屈折面で屈折したのち全反射面で全反射させ、各プリズムにおける屈折面と全反射面とのなす角は略同一となっており、光源から最も離れた位置にあるプリズムの屈折面とシート面とのなす角は略直角となっていることを特徴とする。
このように構成することにより、屈折面と全反射面とのなす角をすべてのプリズムにおけて実質的に同一としたので、このフレネルレンズシートの成形に用いる金型を成形する際に複数のバイトを使用して切削を行なったり、1つのプリズム部を複数回のパスで切削したりする必要がなく、効率の良い金型加工を行なうことができる。また、光源から最も離れた位置にあるプリズムにおける屈折面とシート面とのなす角を略直角としたので、金型から成形品であるフレネルレンズシートを取り外す際に、フレネルレンズシートが金型とかみ合って外れないといったことがなく、またフレネルレンズシートに傷をつけることもない。さらに、以上のようにフレネルレンズシートの製造に支障をきたさない範囲で、屈折面とシート面とのなす角を最大(90°)としているので、迷光が生じる割合を小さくすることができる。
本発明は、少なくとも光源から最も離れた位置にあるプリズムにおいて、全反射面で反射する光はシート面に垂直な方向より光源側に傾く方向に反射するように、全反射面とシート面とのなす角が設定されることを特徴とする。
このように構成することにより、さらに迷光が生じる割合を小さくすることができる。
ここで、光を全反射面で反射させる方向は、シート面に垂直な方向より若干光源側に傾く方向が望ましく、具体的には、光源から最も離れた位置にあるプリズムにおいて3〜15°光源側に傾けるのが望ましく、さらに望ましくは光源から最も離れた位置にあるプリズムにおいて5〜10°光源側に傾けると良い。この傾け角度が大きすぎると、該部分に反射されて観察者に届く光の量が低下して、該部分に投射される映像が薄く見えてしまう。また、傾け角度が小さすぎると、上述した反射角度を傾けることによる効果が十分に得られなくなる。
また、少なくとも光源から最も離れた位置にあるプリズムについて反射角度を傾けるように全反射面の角度を設定すれば良いが、例えば、光源から最も遠くに位置するプリズムから600mm前後の範囲にあるプリズムについて反射角度を傾けるように全反射面の角度を設定することができる。この場合、該範囲にあるプリズムについて、傾け角度を一定にしても良いが、望ましくは傾け角度を光源から最も遠くに位置するプリズムにおいて最大として、光源に近づくにつれ傾け角度が小さくなるように設定すると良い。このように、傾け角度を徐々に小さくすることにより、観察者に違和感を生じさせないようにすることができる。
本発明は、入光面の表面に低屈折率の材料からなる低屈折率層が形成されていることを特徴とするフレネルレンズシートである。
このように構成することにより、投影装置から入射される映像光の反射を減少させることができ、コントラストの高い映像を提供することができる。
本発明は、光を拡散する光拡散要素、又は光を吸収する光吸収要素の内の少なくとも何れか一方を更に備えたことを特徴とするフレネルレンズシートである。
従来のフレネルレンズシートにおいては、迷光が生じた場合に該迷光は出光面、屈折面及び全反射面で反射及び屈折されフレネルレンズシート内(部分的にフレネルレンズシート外)を進行した後その一部は出光面側に出光され正規の映像と重なって、いわゆる2重像の問題が生じることがある。本発明によれば、フレネルレンズシート内を迷光が進行する際に迷光を光拡散要素で拡散するか、或いは光吸収要素で吸収するため上述の2重像の問題を生じさせないか、或いは低減することができる。
本発明は、光拡散要素は拡散半値角が10°以下となるように分散させた拡散材からなることを特徴とするフレネルレンズシートである。
本発明は、光拡散要素は拡散半値角が10°以下となるように出光面に形成された水平レンチキュラーレンズからなることを特徴とするフレネルレンズシートである。
本発明によれば、上述のように迷光によって生じる2重線の問題を解決できる。また、拡散半値角を10°以下としたので、拡散が大きくなりすぎてフレネルレンズシートとして使用できなくなるということはない。なお、拡散半値角は10°以下であれば良いが、好ましくは5°以下、更に好ましくは2°程度とすればよい。
本発明は、光吸収要素は光吸収率が50%以下となるように添加された着色成分からなることを特徴とするフレネルレンズシートである。
このように構成することにより、上述のように迷光によって生じる2重像の問題を解決できる。また、光吸収率を50%以下としたので、正規に出光する光を吸収し過ぎることがない。
本発明は、光吸収要素はシート面に対して垂直に配置された光吸収層からなることを特徴とするフレネルレンズシートである。
このように構成することにより、上述のように迷光によって生じる2重像の問題を解決できる。また、光吸収層を垂直に配置したので、正規に出光する光を吸収することはない。
本発明は、入光面と出光面とを有し、光源から投射される光を入光面から入光させ出光面から出光させる全反射型のフレネルレンズシートにおいて、入光面に設けられ、屈折面と全反射面を有する複数のプリズムを備え、光源からの光を屈折面で屈折したのち全反射面で全反射させ、各プリズムにおける屈折面と全反射面とのなす角は略同一となっており、光源から最も離れた位置にあるプリズムの屈折面とシート面とのなす角は略直角となっていることを特徴とするフレネルレンズシートからなり、このフレネルレンズシート中に光を拡散する光拡散要素を一体に設けたことを特徴とする透過型スクリーンである。
このように構成することにより、迷光の生じる割合が小さく透過効率の高い透過型スクリーンを提供することができる。
なお、光拡散要素としては、フレネルレンズシート中に分散された拡散材、フレネルレンズシートの出光面に形成されたレンチキュラーレンズなどがあげられる。ここで、透過型スクリーンとするためには、拡散材又はレンチキュラーレンズ等の光拡散要素を拡散半値角が10°以上、好ましくは20°以上となるように形成するとよい。
本発明は、入光面と出光面とを有し、光源から投射される光を入光面から入光させ出光面から出光させる全反射型のフレネルレンズシートにおいて、入光面に設けられ、屈折面と全反射面を有する複数のプリズムを備え、光源からの光を屈折面で屈折したのち全反射面で全反射させ、各プリズムにおける屈折面と全反射面とのなす角は略同一となっており、光源から最も離れた位置にあるプリズムの屈折面とシート面とのなす角は略直角となっていることを特徴とするフレネルレンズシートと、フレネルレンズシートの出光面側に設置され、光を拡散する光拡散要素と、を備えたことを特徴とする透過型スクリーンである。
このように構成することにより、迷光の生じる割合が小さく透過効率の高い透過型スクリーンを提供することができる。
本発明は、外装を形成する箱体と、箱体の前面に設けられた窓部に装着され、入光面と出光面とを有し、光源から投射される光を入光面から入光させ出光面から出光させる全反射型のフレネルレンズシートにおいて、入光面に設けられ、屈折面と全反射面を有する複数のプリズムを備え、光源からの光を屈折面で屈折したのち全反射面で全反射させ、各プリズムにおける屈折面と全反射面とのなす角は略同一となっており、光源から最も離れた位置にあるプリズムの屈折面とシート面とのなす角は略直角となっていることを特徴とするフレネルレンズシートからなり、このフレネルレンズシート中に光を拡散する光拡散要素を一体に設けたことを特徴とする透過型スクリーンと、箱体の内部に配置され、透過型スクリーンの背面から急角度で映像光を投射する投影装置と、を備えたことを特徴とする背面透過型表示装置である。
本発明は、外装を形成する箱体と、箱体の前面に設けられた窓部に装着され、入光面と出光面とを有し、光源から投射される光を入光面から入光させ出光面から出光させる全反射型のフレネルレンズシートにおいて、入光面に設けられ、屈折面と全反射面を有する複数のプリズムを備え、光源からの光を屈折面で屈折したのち全反射面で全反射させ、各プリズムにおける屈折面と全反射面とのなす角は略同一となっており、光源から最も離れた位置にあるプリズムの屈折面とシート面とのなす角は略直角となっていることを特徴とするフレネルレンズシートと、フレネルレンズシートの出光面側に設置され、光を拡散する光拡散要素と、を備えたことを特徴とする透過型スクリーンと、箱体の内部に配置され、透過型スクリーンの背面から急角度で映像光を投射する投影装置と、を備えたことを特徴とする背面透過型表示装置である。
このように構成することにより、迷光の生じる割合が小さく透過効率の高い背面透過型表示装置を提供することができる。
図2Aは、図1のフレネルレンズシートの部分拡大図である。
図2Bは、図1のフレネルレンズシートの部分拡大図である。
図3は、本発明のフレネルレンズシートの製造方法の一例を説明する製造工程図である。
図4Aは、本発明のフレネルレンズシートの成形金型の切削方法を説明する図である。
図4Bは、本発明のフレネルレンズシートの成形金型の切削方法を説明する図である。
図5は、本発明の第1実施形態にかかる透過型スクリーンの一例を示す斜視図である。
図6は、本発明の第1実施形態にかかる透過型スクリーンの他の一例を示す斜視図である。
図7は、本発明の第1実施形態にかかる透過型スクリーンの他の一例を示ナ斜視図である。
図8は、本発明の第1実施形態にかかる透過型スクリーンの他の一例を示す斜視図である。
図9は、本発明の第1実施形態にかかる透過型スクリーンの他の一例を示す斜視図である。
図10は、本発明の第1実施形態にかかる背面透過型表示装置の一例を示す断面図である。
図11Aは、本発明のフレネルレンズシートの透過効率を説明する図である。
図11Bは、本発明のフレネルレンズシートの透過効率を説明する図である。
図12Aは、本発明の第2実施形態にかかるフレネルレンズシートの一例を示す部分拡大図である。
図12Bは、本発明の第2実施形態にかかるフレネルレンズシートの一例を示す部分拡大図である。
図13は、本発明の第3実施形態にかかるフレネルレンズシートの一例を示す断面図である。
図14は、本発明の第3実施形態にかかるフレネルレンズシートの他の一例を示す断面図である。
図15は、本発明の第3実施形態にかかるフレネルレンズシートの他の一例を示す断面図である。
図16は、従来のフレネルレンズシートを示す断面図である。
図17Aは、図16のフレネルレンズシートの部分拡大図である。
図17Bは、図16のフレネルレンズシートの部分拡大図である。
図18は、フレネルレンズシートにおける迷光を示す図である。
[第1実施形態]
(フレネルレンズシート)
初めに、本発明の第1実施形態に係るフレネルレンズシートの構成について説明する。図1は、第1実施形態に係るフレネルレンズシートの厚さ方向の断面図、図2A,図2Bは、図1におけるA及びB部の部分拡大図である。
図1及び図2A,図2Bに示すフレネルレンズシート1は、入光面1aと出光面1bとを有し、光源Mから投射される光を入光面1aから入光させ、出光面1bから出光させる全反射型のものである。フレネルレンズシート1の入光面1a側に複数のプリズム2が形成されており、このプリズム2はフレネルレンズシート1に入射した光Xを屈折を伴って透過させる屈折面3と、屈折面3で屈折した光を観察者側に全反射する全反射面4とを備えている。
ここで、屈折面3と全反射面4とはなす角αで交わっており、このなす角αはすべてのプリズム2において同一角度に設定されている。また、屈折面3及び全反射面4は、シート面(フレネルレンズシート1の基準面)1cとそれぞれなす角δ、なす角βをなすように形成されている。そして、このなす角βは、屈折面3を介して全反射面4に入射される光を、シート面1cに垂直な方向に反射(全反射)する角度に設定される。ここで、光源としての投影装置Mから投射される光がフレネルレンズシート1に入射する入射角θ(フレネルレンズシート面の法線1dと入射光とのなす角)は、投影装置Mに最も近いプリズムP1で最小となり、投影装置Mから遠ざかるにしたがって大きくなるため、なす角βは投影装置Mに最も近いプリズムP1で最大となり、投影装置Mから遠ざかるにしたがって小さくなるように設定される。また、前述のようになす角αは一定なので、角δは投影装置Mに最も近いプリズムP1で最小となり、投影装置Mから遠ざかるにしたがって徐々に大きくなる。そして、本発明のフレネルレンズシートでは、投影装置Mから最も遠いプリズムP2におけるなす角δを略直角(90°)に設定する。
(フレネルレンズシートの製造方法)
次に、このフレネルレンズシート1の製造方法について説明する。フレネルレンズシート1は、例えば、紫外線/放射線硬化型樹脂法で成形される。以下、紫外線/放射線硬化型樹脂法によるフレネルレンズシートの製造方法について説明する。図3に、フレネルレンズシートの製造工程図を示す。
先ず、フレネルレンズシート1の製造のための準備工程である、金型製造工程を行なう。図4に示すように、金型製造工程では、アルミニウム、黄銅、銅、鋼などの金型用材料11をフレネルレンズシート1に対応する形状に彫り込んでフレネルレンズシート成形用の金型を製造する。この金型用材料11の彫り込みは、バイト12を用いて行なわれる。このバイト12は、その刃先角度が、上述のフレネルレンズシート1のプリズム2における屈折面3と全反射面4との交差なす角αと実質的に同一であるものを用いる。そして、このバイト12を用いて、投影装置Mから最も遠いプリズム部を切削する際には、バイト12を金型用材料11の面に対して垂直に立て、バイト12の傾斜面12aで全反射面部を、またバイト12の直立面12bで屈折面部を切削する(図4A参照)。続いて、このプリズム部の投影装置側隣に位置するプリズム部を加工する際には、90°から該プリズム2における屈折面3のなす角δを引いた角度だけバイト12をその背面の方向(図4Bに示す矢印の方向)に傾けて切削する(図4B参照)。このように、投影装置M側に近づくプリズム部を切削するにつれ、徐々にバイト12をその背面の方向に傾けて切削を行なっていけばよい。したがって、本発明に係るフレネルレンズ1成形用の金型を切削する場合に、複数のバイト12を使用して切削を行なったり、1つのプリズム部を複数回のパスで切削したりする必要がなく、効率の良い金型加工を行なうことができる。なお、高精度な仕上げ面を確保するために複数回のパスで切削する場合もあるが、この場合であっても従来においての同等の仕上げ面精度を得るためのパス回数より少ないパス回数で、高精度な仕上げ面とすることができる。
次に、樹脂塗布工程を行なう。樹脂塗布工程では、上記の成形用金型に紫外線/放射線硬化型樹脂を塗布するが、これは、ロールコート法、グラビア法、ディスペンサー法、カーテンコート法、ダイコート法などにより行なうことができる。
次に、基板積層工程を行なう。基板積層工程では、樹脂塗布工程で塗布した紫外線/放射線硬化樹脂の上に、紫外線/放射線を透過させる実質的に透明な基板を積層し、更に加圧ローラで加圧して紫外線/放射線硬化型樹脂と基板とを密着させる。
次に、樹脂硬化工程を行なう。樹脂硬化工程では、積層した基板の上から紫外線/放射線を紫外線/放射線硬化型樹脂に向かって照射し、この紫外線/放射線硬化型樹脂を硬化させる。
最後に、離型工程を行なう。離型工程では、硬化した紫外線/放射線硬化樹脂を金型から離型するが、このとき上述のとおり、フレネルレンズシート1のプリズム2の屈折面3とシート面1cとのなす角δを90°を超えない角度に設定しているので、樹脂と金型がかみ合って外れないといったことがなく、また、樹脂(フレネルレンズシート1)に傷をつけることもない。
なお、以上では、フレネルレンズシート1を紫外線/放射線硬化型樹脂法で製造する場合について説明したが、製造方法はこれに限られず、例えば、熱プレス法で製造しても良い。熱プレス法で製造した場合であっても、金型製造工程では効率の良い金型加工をおこなうことができ、また、離型工程では容易且つ安全に離型することができることは、上述の紫外線/放射線硬化型樹脂法の場合と同様である。
(透過型スクリーン)
次に、フレネルレンズシート1を用いた透過型スクリーンについて説明する。
図5は第1実施形態に係る透過型スクリーンの厚さ方向の斜視図である。
図5に示す透過型スクリーン21は、上記フレネルレンズシート1の出光面1b側に光拡散要素としてのレンチキュラーレンズシート22を配置して形成される。
レンチキュラーレンズシート22は、その入光面22a側及び出光面22b側に、それぞれ垂直方向に延びるかまぼこ型のレンズ23a、23bを配置して形成される。また、出光面22b側に形成したレンズ23b間に、黒に着色された光吸収層24を備えている。このように形成されたレンチキュラーレンズシート22は、投影装置から入射されフレネルレンズシート1でシート面に対して略垂直に調整された光をレンズ23a、23bで水平方向に拡散して、水平方向に広い視野角を有する映像を提供し、また、出光面側から入射される外光を光吸収層24で吸収して高コントラストな映像を提供する働きを有する。なお、レンチキュラーレンズシート22は、水平方向拡散半値角が10°以上、好ましくは20°以上となるように形成される。ここで水平方向拡散半値角とは、透過型スクリーンの水平方向の明るさ(輝度)分布を測定したときに、一番明るいところ(通常、レンチキュラーレンズシートの垂直方向(正面))で測定した輝度に対し、明るさ(輝度)が半分になる水平方向の角度をいう。
なお、上述のレンチキュラーレンズシート22に代えて、図6に示すようなレンチキュラーレンズシート26を用いて透過型スクリーン25を形成しても良い。図6に示すように、レンチキュラーレンズシート26は、その入光面26a側のみに、垂直方向に延びるかまぼこ型のレンズ27を配置して形成される。さらにこのレンズ27の表面には光吸収層28が形成される。このように形成されたレンチキュラーレンズシート26は、投影装置Mから入射されフレネルレンズシート1でシート面1cに対して略垂直に調整された光をレンズ27で水平方向に拡散して、水平方向に広い視野角を有する映像を提供し、また、出光面26b側から入射される外光を光吸収層28で吸収して高コントラストな映像を提供する働きを有する。つまり、出光面26b側から入光される外光は、光吸収層28に入光した後にその内表面で反射されて光吸収層28に沿ってその内部を進行するため、その大部分が光吸収層28に吸収されるが、入光面26a側から入光する光は、光吸収層28をその厚み方向に通過するため光吸収層28にはほとんど吸収されず、したがって高コントラストな映像を提供することができる。
更に、フレネルレンズシート1の内部に光拡散要素を備えて透過型スクリーンを形成することもできる。この場合、光拡散要素としては、図7に示すようなフレネルレンズシート1内に分散させた拡散材29、図8に示すようなフレネルレンズシート1の出光面1b側に垂直方向に延びるかまぼこ型のレンチキュラーレンズ30、図9に示すようフレネルレンズシート1の出光面1b側に垂直方向に延びる断面台形形状のレンチキュラーレンズ31などが考えられる。この場合、図8又は図9に示すように拡散材29と、かまぼこ型のレンチキュラーレンズ30又は断面台形形状のレンチキュラーレンズ31を併用しても良いし、それぞれ単独で用いても良い。
(背面透過型表示装置)
図10は第1実施形態に係る背面透過型表示装置の側面断面図である。図10に示す背面透過型表示装置41は、外装を構成する箱体42と、箱体42の前面上方配置される透過型スクリーン21と、箱体42内に設置され透過型スクリーン21の後方の斜め下方から映像を投影する投影装置43とで主に構成される。
箱体42は、例えば、樹脂、金属などで形成され、前面上方に透過型スクリーン21を設置するための窓部42aを備えて形成される。また、意匠性を高めるため、必要応じて、外面には着色などの装飾処理が施される。
透過型スクリーン21は、上述のように形成され、通常アスペクト比が3:4(標準タイプ)や9:16(ワイドタイプ)等の横長の長方形に形成される。そして、透過型スクリーン21は、その表面側(出光面側)が箱体42の外側にくるように箱体42の窓部42aに取り付けられる。
投影装置43は、CRTやLCDなどの光学装置と、これにより形成される光学像を拡大する投影レンズとからなり、透過型スクリーン21に後方より映像を拡大投影するための装置である。投影装置43は、これにより投射される映像光が透過型スクリーン21のフレネルレンズシート1の全反射面4でシート面に垂直な方向に反射させる角度で投射するように設置される。逆に言えば、投影装置33の設置位置から投射される映像光を、フレネルレンズシート1のシート面に垂直な方向に反射するように、上記フレネルレンズシート1の全反射面4のなす角βが設定される。
このように構成された背面透過型表示装置41は、投影装置43から投射される映像光を急角度で透過型スクリーン21に入射させ、先ずフレネルレンズシート1の屈折面3で屈折を伴って透過させ、続いて全反射面4で全反射してシート面に垂直な光に調整し、さらにレンチキュラーレンズシート22で水平方向に拡散して映像光を観察者側に出光する。
このとき、投影装置43から投射される映像光の一部は、フレネルレンズシート1の特に投影装置43に近いプリズム2において全反射面4に到達せずに迷光となるが、本発明のフレネルレンズシート1は上述のように、投影装置43から最も遠いプリズムP2における屈折面3とシート面1cとのなす角δを略直角(90°)として、フレネルレンズシート1の製造に支障をきたさない範囲で最大としているので、投影装置43に近いプリズム2においてもなす角δが大きくなり、迷光が生じる割合を少なくしている。
すなわち、図11A、図11Bに示すように、屈折面3とシート面1cとのなす角δの最大が90°となる本発明のフレネルレンズシート1のプリズム2において、迷光となる割合(図11A)は、屈折面3とシート面1cとのなす角δの最大が90°とならない従来のフレネルレンズシート1のプリズム2における迷光となる割合(図11B)より少なくなる。これは本発明の場合、投影装置Mから最も遠いプリズムP2における角δが90°となり、投影装置Mに近いプリズムP1でも角δは比較的大きくなるためである。このため透過効率の高いフレネルレンズシート1が得られ、ひいては高コントラストな画像を提供できる背面透過型投影装置41となる。
なお、以上では図5に示す透過型スクリーン21を用いた場合について説明したが、これに限定されることなく、例えば図6〜9に示す何れか1つの透過型スクリーンを用いても良い。
[第2実施形態]
第2実施形態は、投影装置から遠い位置にあるプリズムにおける出光方向を、シート面に垂直な方向より投影装置側に若干傾けた方向となるように形成したフレネルレンズシートを用いる実施形態である。
この出光方向を投影装置側に若干傾けた方向となるように形成した点を除いては、第1実施形態に係るフレネルレンズシートと同様の構成及び作用効果を有し、また、該フレネルレンズシートの製造方法、該フレネルレンズシートを用いて透過型スクリーン及び背面透過型投影装置を形成することも第1実施形態と同様である。したがって、第2実施形態にかかるフレネルレンズシートの構成についてのみ以下説明する。
(フレネルレンズシート)
図12A,B12Bは、第2実施形態に係るフレネルレンズシートの厚さ方向の断面図である。なお、図12A、図12Bにおいて第1実施形態にかかる図1記載のフレネルレンズシート1と同一の構成を有する部分については同一符号を用い、該部分に関する説明は省略する。
図12A、図12Bに示すように、フレネルレンズシート51は、入光面51aと出光面51bとを有し、少なくとも投影装置Mから最も遠いプリズムP2における全反射面4とシート面51cとのなす角βを、全反射面4で反射して出光する光の出光方向がシート面51cに垂直な方向より若干(角度γ)投影装置M側に傾けた方向となるように設定される。このように、反射方向を投影装置側に傾け方向とすると、反射方向が垂直な方向である場合に比べてなす角βが大きくなり、従って屈折面3と全反射面4とのなす角αを小さくすることができる。このなす角αを小さくすることができれば、迷光の生じる割合を減少させることができる。なお、プリズムP2における屈折面3とシート面51cとのなす角δは90°となっている。
なお、投影装置Mから最も遠いプリズムP2においてのみ、反射方向を投影装置側に傾けても良いが、望ましくは投影装置から最も遠い位置から一定距離、例えば600mm程度の範囲にあるプリズム2について反射方向を投影装置側に傾けるようになす角βを設定することが良い。このように設定すれば、この領域のプリズム2のなす角δを90°以下にすることが容易となる。プリズムP1において、光の出光方向は、シート面51cに垂直な方向を向いている。
[第3実施形態]
第3実施形態は、第1実施形態に係るフレネルレンズシートの表面にコーティング層を形成し、さらにフレネルレンズシート内に拡散材を分散させて形成したフレネルレンズシートを用いる実施形態である。
コーティング層を形成したこと、拡散材を分敵させたことを除いては第1実施形態に係るフレネルレンズシートと同様の構成及び作用効果を有し、また、該フレネルレンズシートの製造方法、該フレネルレンズシートを用いて透過型スクリーン及び背面透過型投影装置を形成することも第1実施形態と同様である。したがって、第3実施形態にかかるフレネルレンズシートの構成についてのみ以下説明する。
(フレネルレンズシート)
図13は、第3実施形態に係るフレネルレンズシートの厚さ方向の断面図である。なお、図13において、第1実施形態にかかる図1記載のフレネルレンズシート1と同一の構成を有する部分については、同一符号を用い、該部分に関する説明は省略する。
図13に示すように、フレネルレンズシート61は、入光面61aと出光面61bとを有し、その入光面61a側の表面にコーティング層62が形成される。このコーティング層62は、プリズム2を形成する材料より屈折率の小さい実質的に透明な材料により形成される。このように形成されたコーティング層62は、投影装置Mから入射される映像光の反射を減少させる。コーティング層62を形成する樹脂として、例えばフッ素系樹脂、シリコーン系樹脂などが用いられる。
さらに、フレネルレンズシート61は、光拡散要素としての拡散材63を分散した拡散層64を備えている。この拡散層64は、屈折面3で屈折した後に全反射面4に到達しなかった光(迷光)Yによって生じる2重像を防止する。すなわち、従来では、例えば、迷光Yは屈折面3で屈折した後に出光面61bで反射され再び屈折面3及び全反射面4に達し、その後、屈折面3及び全反射面4で屈折又は反射されて出光面61bから出光して2重像の問題を生じさせる。本発明によれば上述のように拡散材63を分散させた拡散層64を備えることにより、迷光Yは屈折面3及び全反射面4と出光面との間を行き来する間に拡散層64中の拡散材63で拡散され、最終的に出光面から出光される迷光Yの強度を弱くすることができるので上述の2重像の問題を軽減できる。この拡散材63は、例えばアクリル、スチレン、メラミンなどの有機系材料、または、ガラス系、酸化チタン、被覆雲母、Znなどの無機系材料で形成される。また、拡散半値角が10°以下、好ましくは5°以下、更に好ましくは2°程度となるように拡散材63の分散量を調整する。
なお、拡散層64に替えて、図14に示すように、出光面61bに光拡散要素としての水平レンチキュラーレンズ65を配置しても良い。この場合、迷光Yが出光面61bで反射または屈折する際に水平レンチキュラーレンズ65で拡散されるため、最終的に出光面から出光される迷光Yの強度を弱くすることができ、2重像の問題を軽減できる。
また、拡散層64に替えて、図15に示すように、光吸収要素としての光吸収板(光吸収層)66を出光面61bに対して垂直となるように配置しても良い。この場合、正規光(迷光以外の入射光)Xは出光面と垂直方向に進行するので光吸収板66に入射することないが、迷光Yは出光面61bに対して斜め方向に進行するので光吸収板66に入射して吸収されるため、出光面61bから出光される迷光Yの量を減少させることができ、2重像の問題を解決できる。この光吸収板66は、カーボンブラックなどの光吸収性の材料のみで形成しても良く、また、表面にカーボンブラックなどの光吸収性の材料を塗布した板材で形成しても良い。
更に、拡散層64に替えて、フレネルレンズシート61を構成する材料に光吸収要素としての着色成分を添加してもよい。この場合、上述のように迷光Yは正規光Xに比べてフレネルレンズシート内の進行距離が長いため、上記着色成分により吸収される割合が大きく、2重像の発生を低減することができる。着色成分としては、黒色顔料等が考えられる。なお、着色成分は正規光も吸収してしまうため、その吸収率が50%以下となるように若色成分を調整することが望ましい。
以下の実施例1、2及び比較例1、2に示すフレネルレンズシートを成形して、その成形性を評価した。また、これらフレネルレンズシートを直立配置して、その下端から200mm下がった高さで、且つ、その裏面から285mm離れた位置に配置した投影装置から光を投射し、投影装置に最も近い位置にあるプリズム(以下本実施例において最内プリズムという)における透過効率(入射光量に対する全反射面で反射して該シートから透過される光量の割合)を評価した。
具体的には透過効率を以下のようにして求めた。
▲1▼ フレネルレンズシートに対してレーザー光を所定の角度で入射させる。
▲2▼ レーザー光の入射光量(パワー)Aを光量計で測定する。
▲3▼ 所定の角度で出光するレーザー光の光量(パワー)Bを光量計で測定する。
▲4▼ B/Aにより透過効率を求める。
(比較例1)
フレネルレンズシートの大きさは縦762mm、横1016mm(50インチ、アスペクト比3:4)とし、それを形成する樹脂の屈折率は1.55とした。全反射面での反射方向がシート面に対して垂直な方向となるように全反射面とシート面とのなす角βを設定した。プリズムのピッチは(隣り合うプリズムの山間の距離)0.11mmとし、最外プリズムにおける屈折面とシート面とのなす角δを61.6°に設定した。
(比較例2)
フレネルレンズシートの大きさは縦762mm、横1016mm(50インチ、アスペクト比3:4)とし、それを形成する樹脂の屈折率は1.55とした。全反射面での反射方向がシート面に対して垂直な方向となるように全反射面とシート面とのなす角βを設定した。プリズムのピッチは(隣り合うプリズムの山間の距離)0.086mmとし、最内プリズムにおける屈折面とシート面とのなす角δを100.3°に設定した。
(評価結果)
実施例1では、すべてのプリズムにおいて屈折面のなす角δ、全反射面のなす角βとも90°以下となったので、成形時にフレネルレンズシートを金型から取り外す際に容易に取り外すことができ、成形性は良好であった。また、最内プリズムにおいての透過効率は64.8%となり、従来の成形性を重視したフレネルレンズシート(例えば、比較例1)における透過効率に比べてかなり良好であった。
実施例2では、すべてのプリズムにおいて屈折面のなす角δ、全反射面のなす角βとも90°以下となったので、成形時にフレネルレンズシートを金型から取り外す際に容易に取り外すことができ、成形性は良好であった。また、最内プリズムにおいての透過効率は63.2%となり、実施例1よりも約4%向上し、さらに良好な値となった。
比較例1では、すべてのプリズムにおいて屈折面のなす角δ、全反射面のなす角βとも90°以下となったので、成形時にフレネルレンズシートを金型から取り外す際に容易に取り外すことができ、成形性は良好であった。しかし、最内プリズムにおいての透過効率は44.9%となり、透過効率は50%を大きく下まわり、不良であった。
比較例2では、最外プリズムにおいて屈折面のなす角δが100.3°となり、成形時にフレネルレンズシートを金型から取り外すことがかなり困難となり、取り外した後のフレネルレンズシートのプリズムには欠陥が生じていた。なお、最内プリズムにおいての透過効率は71.3%となり、良好であった。
以上のように、実施例1及び実施例2のフレネルレンズシートは、成形性と透過効率を共に良好なレベルにすることができた。
以上説明したように、本発明のフレネルレンズシートは上記のように構成されているので、その成形性を確保しながらも、迷光が生じる割合が小さく透過効率を高く維持できるという効果が得られる。また、このフレネルレンズシートを用いて透過型スクリーンを形成し、さらに背面透過型表示装置を形成したので、これらの製造を容易としながらも透過効率の高い透過型スクリーン、又は薄型で高コントラスト映像を提供できる背面透過型表示装置とすることができる。
Claims (11)
- 入光面と出光面とを有し、光源から投射される光を入光面から入光させ出光面から出光させる全反射型のフレネルレンズシートにおいて、
入光面に設けられ、屈折面と全反射面を有する複数のプリズムを備え、光源からの光を屈折面で屈折したのち全反射面で全反射させ、
各プリズムにおける屈折面と全反射面とのなす角は略同一となっており、
光源から最も離れた位置にあるプリズムの屈折面とシート面とのなす角は略直角となっており、少なくとも光源から最も離れた位置にあるプリズムにおいて、全反射面で反射する光はシート面に垂直な方向より光源側に傾く方向に反射するように、全反射面とシート面とのなす角が設定されることを特徴とするフレネルレンズシート。 - 入光面の表面に低屈折率の材料からなる低屈折率層が形成されていることを特徴とする請求項1記載のフレネルレンズシート。
- 光を拡散する光拡散要素、又は光を吸収する光吸収要素の内の少なくとも何れか一方を更に備えたことを特徴とする請求項1記載のフレネルレンズシート。
- 光拡散要素は拡散半値角が10°以下となるように分散させた拡散材からなることを特徴とする請求項3に記載のフレネルレンズシート。
- 光拡散要素は拡散半値角が10°以下となるように出光面に形成された水平レンチキュラーレンズからなることを特徴とする請求項3に記載のフレネルレンズシート。
- 光吸収要素は光吸収率が50%以下となるように添加された着色成分からなることを特徴とする請求項3に記載のフレネルレンズシート。
- 光吸収要素はシート面に対して垂直に配置された光吸収層からなることを特徴とする請求項3に記載のフレネルレンズシート。
- 入光面と出光面とを有し、光源から投射される光を入光面から入光させ出光面から出光させる全反射型のフレネルレンズシートにおいて、入光面に設けられ、屈折面と全反射面を有する複数のプリズムを備え、光源からの光を屈折面で屈折したのち全反射面で全反射させ、各プリズムにおける屈折面と全反射面とのなす角は略同一となっており、光源から最も離れた位置にあるプリズムの屈折面とシート面とのなす角は略直角となっており、少なくとも光源から最も離れた位置にあるプリズムにおいて、全反射面で反射する光はシート面に垂直な方向より光源側に傾く方向に反射するように、全反射面とシート面とのなす角が設定されることを特徴とするフレネルレンズシートからなり、
このフレネルレンズシート中に光を拡散する光拡散要素を一体に設けたことを特徴とする透過型スクリーン。 - 入光面と出光面とを有し、光源から投射される光を入光面から入光させ出光面から出光させる全反射型のフレネルレンズシートにおいて、入光面に設けられ、屈折面と全反射面を有する複数のプリズムを備え、光源からの光を屈折面で屈折したのち全反射面で全反射させ、各プリズムにおける屈折面と全反射面とのなす角は略同一となっており、光源から最も離れた位置にあるプリズムの屈折面とシート面とのなす角は略直角となっており、少なくとも光源から最も離れた位置にあるプリズムにおいて、全反射面で反射する光はシート面に垂直な方向より光源側に傾く方向に反射するように、全反射面とシート面とのなす角が設定されるを特徴とするフレネルレンズシートと、
フレネルレンズシートの出光面側に設置され、光を拡散する光拡散要素と、
を備えたことを特徴とする透過型スクリーン。 - 外装を形成する箱体と、
箱体の前面に設けられた窓部に装着され、入光面と出光面とを有し、光源から投射される光を入光面から入光させ出光面から出光させる全反射型のフレネルレンズシートにおいて、入光面に設けられ、屈折面と全反射面を有する複数のプリズムを備え、光源からの光を屈折面で屈折したのち全反射面で全反射させ、各プリズムにおける屈折面と全反射面とのなす角は略同一となっており、光源から最も離れた位置にあるプリズムの屈折面とシート面とのなす角は略直角となっており、少なくとも光源から最も離れた位置にあるプリズムにおいて、全反射面で反射する光はシート面に垂直な方向より光源側に傾く方向に反射するように、全反射面とシート面とのなす角が設定されることを特徴とするフレネルレンズシートからなり、このフレネルレンズシート中に光を拡散する光拡散要素を一体に設けたことを特徴とする透過型スクリーンと、
箱体の内部に配置され、透過型スクリーンの背面から急角度で映像光を投射する投影装置と、
を備えたことを特徴とする背面透過型表示装置。 - 外装を形成する箱体と、
箱体の前面に設けられた窓部に装着され、入光面と出光面とを有し、光源から投射される光を入光面から入光させ出光面から出光させる全反射型のフレネルレンズシートにおいて、入光面に設けられ、屈折面と全反射面を有する複数のプリズムを備え、光源からの光を屈折面で屈折したのち全反射面で全反射させ、各プリズムにおける屈折面と全反射面とのなす角は略同一となっており、光源から最も離れた位置にあるプリズムの屈折面とシート面とのなす角は略直角となっており、少なくとも光源から最も離れた位置にあるプリズムにおいて、全反射面で反射する光はシート面に垂直な方向より光源側に傾く方向に反射するように、全反射面とシート面とのなす角が設定されることを特徴とするフレネルレンズシートと、フレネルレンズシートの出光面側に設置され、光を拡散する光拡散要素と、を備えたことを特徴とする透過型スクリーンと、
箱体の内部に配置され、透過型スクリーンの背面から急角度で映像光を投射する投影装置と、
を備えたことを特徴とする背面透過型表示装置。
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